随着微电子、嵌入式计算、集成电路、无线通信以及传感器等技术的日益成熟与不断进步,由大量传感器节点构成的无线传感器网络广泛应用于军事国防、环境监测、灾难预报和智能交通等诸多领域,成为当今网络技术的研究热点。介质访问控制协议作为传感器网络协议栈的底层基础协议,决定着传感器节点如何共享无线信道,其功能包括为传感器节点分配有限的无线通信资源和调度节点访问无线信道,直接影响网络通信性能,是当前无线传感器网络协议的主要研究方向之一。IEEE 802.11介质访问控制协议由于其空闲侦听导致大量的能量浪费,并不适用于节点能量有限的无线传感器网络。根据无线传感器网络的特性,研究人员在无线传感器网络介质访问控制协议中引入了占空比机制,用于减少节点空闲侦听能量浪费。然而占空比机制却带来了额外的数据报文传输延迟,虽然目前已提出的传感器网络介质访问控制协议采用多种优化机制来减少数据报文传输延迟,以满足无线传感器网络应用日益增长的低延迟需求,但是针对不同应用,仍然具有进一步优化的空间。本文围绕能耗与延迟这两个关键问题,重点研究无线传感器网络基于竞争的介质访问控制协议,提出了多个高能效低延迟无线传感器网络介质访问控制协议,本文主要取得以下研究成果:(1)面向传感器网络事件检测应用中节点多个数据报文的转发需求,提出一种基于时隙预留机制的同步介质访问控制协议SR-MAC。该协议在每个工作周期的睡眠阶段内为节点预留多个时隙,同时采用跨层优化机制,调度节点在睡眠阶段的预留时隙内对多个数据报文进行多跳无碰撞转发。SR-MAC协议不仅可以确保节点高能效,同时可以实现更低的事件传输延迟,更高的事件传输率以及更高的网络吞吐量。(2)分析传感器网络异步介质访问控制协议数据报文传输延迟较大的原因,提出一种跨层优化异步介质访问控制协议REA-MAC。该协议利用跨层路由信息决定节点的周期性唤醒时间,在数据报文转发路径上的节点依次先后唤醒对数据报文进行连续转发,从而降低数据报文传输延迟。此外,节点根据数据报文到达时间与其接收节点唤醒时间之间的时序关系,自适应确定何时唤醒侦听信道,减少发送节点空闲侦听导致的能量浪费,从而实现节点低功耗。(3)针对传感器网络猝发通信的特点,提出一种自适应信标时间异步介质访问控制协议OEL-MAC。在该协议中,接收节点基于发送节点的信标时间自适应调整自己的信标时间,使发送节点可以尽快将接收到的数据报文进行转发,从而减少数据报文传输延迟。另一方面,节点需要发送数据报文时,OEL-MAC协议调度发送节点在接收节点唤醒之前一点唤醒侦听信道,从而减少发送节点空闲侦听能量浪费,达到节省节点能量的目的。(4)提出一种基于伪随机数的两跳优化异步介质访问控制协议THO-MAC。在该协议中,每个节点利用伪随机数生成器产生其周期性唤醒时间序列。发送节点一旦获取接收节点的伪随机数生成器参数,即可以通过准确预测接收节点的唤醒时间来调度其唤醒侦听信道的时间,从而减少空闲侦听能量浪费,降低节点功耗。另一方面,THO-MAC协议利用传感器网络节点密集部署的特性,在发送节点的两跳范围内选择使数据报文两跳转发延迟最小的转发节点,从而降低数据报文传输延迟。